Der Large Hadron Collider zerschmettert seit fast einem Jahrzehnt Atome und macht dabei einige unglaubliche Entdeckungen. Jetzt verspricht eine größere Aufrüstung eines Detektors in Verbindung mit einer kürzlichen Leistungssteigerung des Kolliders, dass die größte Maschine der Welt die subatomaren Geheimnisse des Universums noch besser entschlüsseln kann.
Laut Paul Rincon von der BBC haben die Ingenieure am Collider gestern eine große Komponente ausgetauscht, die als „Pixel-Tracker“ im Compact Muon Solenoid (CMS) bekannt ist, einem der wichtigsten Experimente entlang des LHC-Ovals. Die Komplexität und die Feinfühligkeit dieses Verfahrens machen es vergleichbar mit der Durchführung einer Operation am offenen Herzen mit dem massiven wissenschaftlichen Instrument, das die Grenze zwischen der Schweiz und Frankreich überspannt, berichtet Rincon.
Der Kollider verwendet 1.200 Magnete, um zwei Teilchenstrahlen zu leiten, die sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit um das 16 Meilen lange Oval bewegen. Die Forscher kreuzen dann diese Strahlen, was zu Kollisionen mit hoher Energie führt, bei denen manchmal neue Arten von Partikeln sichtbar werden. Zu den Entdeckungen, die am LHC gemacht wurden, zählen das berühmte Higgs-Boson sowie andere exotische Partikel wie Pentaquarks und Antiquarks. Entlang der Route des Teilchenstrahls befinden sich vier Hauptdetektoren, einschließlich CMS, die Signale von verschiedenen Arten von Teilchen aufnehmen, die durch die Kollisionen erzeugt wurden.
Die Notwendigkeit eines CMS-Upgrades resultiert aus einem kürzlich durchgeführten Upgrade des Supercolliders. 2015, nach zwei Jahren des erneuten Auslösens, wurde der LHC mit 14 Teravolt in Betrieb genommen, was fast der doppelten Energie der 8 Teravolt entspricht, mit denen er in den ersten Jahren betrieben wurde. Wenn der CMS-Detektor auf einem niedrigeren Energieniveau läuft, kann er die Pfade von 25 oder 30 geladenen Partikeln gleichzeitig abbilden, indem er ungefähr 40 Millionen Bilder pro Sekunde aufzeichnet und diese als überlagerte Bilder aufzeichnet, die entwirrt werden müssen.
Durch die Kollisionen mit höherer Leistung werden doppelt so viele Partikelpfade erzeugt, sodass das CMS noch mehr Daten erfassen muss. Der neue Pixel-Tracker ermöglicht es dem CMS, dies zu tun. "Es ist, als würde man eine 66-Megapixel-Kamera durch eine 124-Megapixel-Kamera ersetzen", sagt Austin Ball, technischer Koordinator für das CMS, gegenüber Rincon. „Der Kameraanalogie sind Grenzen gesetzt - es handelt sich um ein 3D-Bildgebungssystem. Der springende Punkt ist jedoch, dass das neue System die Auswirkungen von Mehrfachkollisionen, die sich überlagern, wirksamer entwirren kann. “
Gestern hat das Team die Installation des neuen Pixel-Trackers abgeschlossen. Aber das ist nur der erste Schritt. Sie müssen es testen und sicherstellen, dass es ordnungsgemäß funktioniert, bevor der LHC am 1. Mai wieder eingeschaltet wird. "Es ist wie ein Startdatum für einen Satelliten", sagt Ball zu Ryan F. Mandebaum bei Gizmodo. „Die letzten Monate waren aufregend, weil wir viel Zeitdruck hatten. Heute ist es ein wichtiger Höhepunkt, wenn es richtig installiert ist und um das Strahlrohr passt. “
Andererseits ist der unglaublich komplexe LHC für seine Verzögerungen bekannt. Es wurde erst mehr als zwei Jahre nach dem Startdatum in Betrieb genommen. Seitdem haben Probleme wie Kurzschlüsse, mehrere Selbstmordwiesel und ein Vogel, der Baguette trägt, zu vielen kleineren Stillständen und Verzögerungen geführt.
Laut einer Pressemitteilung des CERN, der Europäischen Organisation für Nuklearforschung, die den LHC betreibt, wird das neue Gerät schließlich durch einen Pixel-Tracker der dritten Generation ersetzt, wenn der LHC um 2020 ein weiteres bedeutendes Upgrade erfährt.
